칩 냉각이 데이터 센터 냉각 문제에 대한 해답입니까?

Dec 02, 2023

소니 브라운 | 2023년 8월 29일

데이터센터는 전체 전력 사용량의 거의 30%를 냉각 장비가 차지할 정도로 에너지 소비가 높은 것으로 악명 높습니다. 프로세서 열 설계를 갖춘 데이터 센터는 20~50MW를 생성할 수 있습니다. 상업용 냉각 회사인 Daikin Applied의 데이터 센터 시장 관리자인 Hugh Hudson에 따르면 열이 발생합니다. 이에 비추어 연구원들은 데이터 센터의 에너지 부담을 완화하고 효율성을 향상시키기 위해 칩 냉각 방법을 모색하고 있습니다.

미국 에너지부의 COOLERCHIPS 프로그램은 최근 데이터 센터를 위한 보다 효율적인 냉각 솔루션을 개발하려는 선구적인 노력을 발전시키기 위해 퍼듀 대학교에 상당한 상을 수여했습니다. Purdue는 에너지 사용량을 줄이고 냉각 효율성을 향상시키는 데 중점을 두고 칩 냉각 방식에 혁신을 가져오는 것을 목표로 합니다.

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끊임없이 증가하는 디지털 세계에서 데이터 센터의 기하급수적인 성장으로 인해 특히 칩 냉각 분야의 연구에 상당한 투자가 이루어졌습니다. 데이터센터에서 에너지를 많이 소비하는 주요 구성요소인 마이크로칩의 냉각만으로도 데이터센터 전체 에너지 사용량의 40%를 차지할 수 있으며, 냉각 자원인 물에 대한 수요가 광범위한 문제가 되고 있습니다. 이제 조직에서는 지속 가능성 노력의 일환으로 물 보존을 우선시하고 있습니다.

디지털 인프라 플랫폼 회사인 Empyrion DC의 최고 전략 및 인프라 책임자인 최용석은 인공 지능(AI) 및 기계 학습(ML) 애플리케이션이 실제로 "데이터 센터 산업을 형성"하고 있다고 말합니다.

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"대량 컴퓨팅의 이러한 성장으로 인해 랙 밀도가 20-30KW로 200%나 증가했습니다. 최씨는 Data Center Knowledge에 "오늘 랙당"이라고 말했습니다. "여기서 마이크로칩 냉각이 필요합니다. 전체 서비스의 냉각이 필요한 기존 공냉식에 비해 마이크로칩 냉각은 훨씬 더 표적화되어 있으며 칩에서 직접적인 열원을 해결합니다. 수준으로, 더 적은 에너지 소비로 더 빠른 냉각을 달성합니다. 우리는 데이터 센터 운영자가 마이크로칩 냉각을 더 많이 채택할 것으로 예상합니다."

문제를 해결하고 칩 냉각에 대한 새로운 접근 방식을 탐색하기 위해 DOE는 정보 처리 시스템의 에너지, 신뢰성 및 탄소 초효율성 향상에 최적화된 ARPA-E(Advanced Research Projects Agency-Energy) 냉각 작업 또는 COOLERCHIPS 프로그램을 시작했습니다. 이 프로그램은 학계, 산업체, 정부 국립 연구소 간의 협력을 통해 냉각 기술의 발전을 촉진하는 것을 목표로 합니다.

지난 5월 COOLERCHIPS 프로그램은 "매우 효율적이고 안정적인 냉각 기술"을 개발하여 데이터 센터가 환경에 미치는 영향을 줄이는 것을 목표로 이 분야의 연구를 지원하기 위해 4천만 달러의 자금을 지원했습니다.

COOLERCHIPS 프로그램에 따라 180만 달러의 보조금을 받은 퍼듀 대학교(Purdue University)는 혁신적인 칩 냉각 솔루션 개발에 앞장서고 있습니다. 이 대학의 연구는 반도체 마이크로칩 및 패키징 냉각을 넘어 데이터 센터 구성 요소 간의 열 전달을 최적화하는 것을 목표로 합니다. 열 성능을 강화하고 펌핑 전력을 줄임으로써 Purdue의 목표는 데이터 센터 냉각 방식을 혁신하는 것입니다.

기계 공학 조교수이자 프로젝트 수석 조사관인 Tiwei Wei에 따르면 퍼듀 팀은 현재 사용되는 것보다 더 "공격적인 기술"을 검토하고 있었습니다.

Purdue University의 주요 연구 분야 중 하나는 2단계 제트 충돌 냉각과 관련이 있습니다. 이 접근 방식은 마이크로칩 패키징 내에 직접 통합된 액체로 채워진 마이크로채널을 활용합니다. 칩이 열을 발생시키면 액체가 끓고, 생성된 증기가 칩에서 열을 멀리 운반합니다. 그러면 증기가 응축되어 칩으로 재순환되므로 펌프 없이도 수동 냉각이 가능합니다.